Иногда возникает необходимость измерения расстояния до какого-нибудь объекта или проследить уменьшение или увеличение ( т. е. изменение ) этого расстояния. В данной статье приводится схема подобного устройства контроля.
Работает прибор следующим образом. В сторону расположения объекта, до которого нужно определить расстояние, направлены инфракрасный светодиод и интегральный фотоприёмник. Фотоприёмник имеет цифровой выход, значит он обладает определённой пороговой чувствительностью. Если яркость отражённого от объекта ИК-света будет ниже этого порога, фотоприёмник на него не реагирует. Это свойство компаратора фотоприёмника используется для определения расстояния до объекта. Происходит это следующим образом. На ИК-светодиод поступают импульсы с частотой 36 кГц. А амплитуда этих импульсов ступенчато меняется от минимального до максимального значения семью ступенями. Как только амплитуда тока через ИК-светодиод станет таковой, что яркость света, излучаемого им, будет достаточно для уверенного приёма фотоприёмником отражённого от объекта ИК-света, дальнейшее нарастание тока прекратится и загорится один из индикаторных светодиодов, показывающий условную величину расстояния до объекта.
Схема индикатора показана на Рис.1. А1 – интегральный фотоприёмник настроенный на частоту 36 кГц. При попадании на его светочувствительную поверхность ИК-света, модулированного такой частотой и обладающего достаточной яркостью, на выходе А1 устанавливается уровень логического нуля.
На элементе D1.1 выполнен узел сброса счётчика D2. Сброс происходит примерно через полсекунды после появления нуля на выходе А1.
На элементах D1.3 и D1.4 собран мультивибратор, вырабатывающий импульсы частотой 36 кГц для модуляции ИК-света, этот же мультивибратор служит и тактовым для счётчика D2. Импульсы на его вход С поступают через ключевую схему на D1.2.
Схема на транзисторах VT1 – VT3 и резисторах R10 – R13 представляет собой цифро-аналоговый преобразователь, преобразующий трёхразрядный двоичный код с выхода D2 в ступенчато нарастающий ток через ИК-светодиод HL8. Модуляция тока осуществляется с помощью транзистора VT4, прерывающего ток через светодиод с частотой мультивибратора D1.3-D1.4.
В какой-то момент этот ток достигает такой величины, что излучаемый светодиодом HL8 свет, отражённый от объекта, по яркости становится достаточным для его приёма фотоприёмником А1. На выходе А1 возникает ноль. Это закрывает элемент D1.2 и состояние счётчика D2 фиксируется на установившемся значении.
Начинает постепенно через резистор R3 заряжаться конденсатор С3. А в это время, логический ноль на выходе 11 D3 выключает десятичный дешифратор D3 и он на светодиодной шкале ( HL1 – HL7 ) индицирует состояние выхода счётчика D2. После того, как напряжение на С3 достигнет логического порога, счётчик D2 сбрасывается, светодиод HL8 гаснет. На выходе А1 возникает единица, дешифратор D3 выключает выходы, ключ D1.2 открывается, а конденсатор С3 ускоренно разряжается через VD1 и R3. Начинается новый цикл измерения.
Таким образом, в начальной фазе загорается один из индикаторных светодиодов, например HL3, показывающий расстояние до объекта в условных единицах. Затем, если объект начинает двигаться ближе или дальше относительно прибора, будут загораться светодиоды HL2 или HL4 соответственно.
Таким образом данный датчик может показывать приближение или удаление какого – либо объекта поверхность которого отражает инфракрасные лучи. Для наглядного представления этого движения служит шкала из семи светодиодов. Если нужно информацию о движении передавать на другую схему в виде двоичного кода, можно снять код с выходов D2 и подать на эту схему через регистр. Сигналом записи параллельного кода в регистр будет появление логического нуля на выходе А1. При этом можно удалить схему задержки обнуления счётчика ( VD1-R2-R3-C3 ), так как эта задержка нужна только для создания некоторой продолжительности однократной индикации, достаточной для удовлетворительного зрительного восприятия.
В схеме можно применять любой ИК-светодиод от пульта дистанционного управления. От эффективности этого светодиода зависит максимальная дальность датчика. Фотоприёмник может быть так же любым аналогичным SFH-506. Мультивибратор должен быть настроен на частоту фильтра фотоприёмника ( в данном случае 36 кГц ).
Налаживание датчика состоит в установке продолжительности однократной индикации и чувствительности. Продолжительность однократной индикации устанавливают подбором параметров цепи R2-C3.
Чувствительность устанавливают подбором сопротивлений резисторов R10, R11, R12. Для этого надо отключить резисторы R7, R8, R9 от выходов счётчика D2. Подключить импульсный осциллограф или индикатор логического уровня, вольтметр, к выходу А1. Расположить перед датчиком объект ( любой, например картонную коробку ) на минимальном расстоянии. Подключить R7 к плюсу питания и подобрать R10 так, чтобы на выходе А1 был логический ноль, но при небольшом удалении объекта ( на более 5% от минимального расстояния ) уровень менялся на единицу.
Затем отключите R7 и расположите объект на 2/3 максимального расстояния. Подключите R9 к плюсу питания и подберите сопротивление R12 так, чтобы на выходе А1 был логический ноль, но при небольшом удалении объекта ( не более 10% от 2/3 максимального расстояния ) уровень менялся на единицу.
Далее восстановите соединение R7, R8, R9 с выходами счётчика D2 и экспериментально подберите сопротивление R11 так, чтобы показания светодиодной шкалы датчика были наиболее пропорциональны и линейны изменению реального расстояния до объекта.
В зависимости от настройки выходных ключей и параметров ИК-светодиода, фотоприёмника, можно получить максимальную дальность до 5 метров и более.
Следует заметить, что этот датчик не является точным прибором и его показания будут зависеть не только от расстояния, но и прозрачности среды, способности поверхности объекта к отражению ИК-лучей и многих других факторов.
автор: Лыжин Р.
источник: ” РАДИОКОНСТРУКТОР “, 1 – 2007, стр. 34-35